If you can't read please download the document
Upload
trinhtuong
View
222
Download
2
Embed Size (px)
Citation preview
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 1
Budapest, 02/01/2018
SZMTGP ARCHITEKTRK
Informcifeldolgozsi modellek
Horvth Gbor, Bels Zoltn
BME Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok [email protected], [email protected]
mailto:[email protected]
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 2
ADMINISZTRATV INFORMCIK
Horvth Gbor Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tsz.
Horvth Gbor Mrstechnika s Informcis rendszerek Tsz.
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 3
ADMINISZTRATV INFORMCIK
Honlap: http://www.hit.bme.hu/~ghorvath/szgarch Prhuzamos eladsok:
IB027: Bels Zoltn Q-I: Horvth Gbor
Flvkzi kvetelmnyek: Gyakorlatokon:
min. 4 rszvtel Gyakorlatvlts lehetsges Msodik htig A kt gyakvezrrel egyeztets szksges
Egy nagy ZH sikeres teljestse+ sikeres vizsga
Hinyzsok Aktulis llst idnknt kzztesszk Ha >4 mltnyossgi krelem a Neptunban Max. 1x adjk meg a teljes kpzs sorn
http://www.hit.bme.hu/~ghorvath/szgarch
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 4
ADMINISZTRATV INFORMCIK
Szmonkrsek: HSZK-ban, Moodle alapon Elmleti krdsek:
Kis krdsek (teszt, sszekts, stb.) Gyakorlati krdsek:
Egyszer szmpldk ZH:
60 perc Megfelelt: 40% Kt ptls (pt s ptpt)
Vizsga: 90 perc, 50%-al tbb feladat Ponthatrok: 40%, 55%, 70%, 85%
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 5
ADMINISZTRATV INFORMCIK
Jegyzet: Van (lsd: honlap) Kinyomtatsa nem ajnlott: idnknt frissl
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 6
MIRE J EZ A TRGY?
Megrtjk, hogy ...hogy pl fl egy modern szmtgp ...hogy pl fl egy modern processzor
Mire j ez neknk: Aki ismeri a hardvert,
a szmtgpet nem fekete doboznak tekinti hatkonyabb programot r ismeri a kompromisszumokat
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 7
MI AZ A SZMTGP?
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 8
Informcifeldolgozsi modellek
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 9
INFORMCIFELDOLGOZSI MODELLEK
Hogyan fogalmazzuk meg a problmt egy szmtgpnek?
Vezrlsramlsos modell Adatramlsos modell Ignyvezrelt modell
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 10
VEZRLSRAMLSOS MODELL
Utastsok sorrendje: vezrl token szabja meg
Vezrl token mozgsa: Implicit (egyet lp elre) Explicit (goto, szubrutin, return, stb.)
Utastsok kztti adatcsere: kzs memria Program lersa: folyamatbra
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 11
VEZRLSRAMLSOS MODELL
Plda: msodfok egyenlet gykei
x1,2=bb24 ac
2a
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 12
VEZRLSRAMLSOS MODELL
Prhuzamossg? v1, v2, v6, v7 v8, v9 x1, x2
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 13
VEZRLSRAMLSOS MODELL
Prhuzamossg Fork/Join primitvekkel x1,2=bb24a c
2a
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 14
VEZRLSRAMLSOS MODELL
rtkels Prhuzamostsi lehetsgeket
nem ismeri fel automatikusan, nem kpes kiaknzni.
Rendkvl elterjedt Plda: Neumann architektra
Vezrl token: utastsszmll Kzs memria: regiszterek + rendszermemria
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 15
ADATRAMLSOS MODELL
Honnan tudtuk, hogy ezek prhuzamosthatk? v1, v2, v6, v7 v8, v9 x1, x2
Fggsgi analzis!
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 16
ADATRAMLSOS MODELL
Nincs vezrl token Nincs kzs memria Vezrl token helyett:
Utastsok vgrehajtsa automatikus: ha minden operandus megvan
Kzs memria helyett: Rszeredmnyeket kzvetlenl adjk t egymsnak az
utastsok Program lersa: egy precedenciagrf
Plda: msodfok egyenlet gykei
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 17
ADATRAMLSOS MODELL
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 18
ADATRAMLSOS MODELL
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 19
ADATRAMLSOS MODELL
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 20
ADATRAMLSOS MODELL
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 21
ADATRAMLSOS MODELL
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 22
ADATRAMLSOS MODELL
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 23
ADATRAMLSOS MODELL
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 24
ADATRAMLSOS MODELL
rtkels Prhuzamossgot automatikusan felderti Tisztn adatramlsos szmtgp nem terjedt el De az elv igen:
Tblzatkezelk Out-of-order utastsvgrehajts
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 25
IGNYVEZRELT MODELL
Utastsok vgrehajtsa automatikus: ha szksg van az eredmnyre
sszehasonltva, utastsok vgrehajtsi ideje: Vezrlsramlsos: ha odar a token
szjbargs Adatramlsos: ha minden operandus megvan
szorgalmas Ignyvezrelt: ha szksg van az eredmnyre
lusta
Plda: msodfok egyenlet gykei
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 26
IGNYVEZRELT MODELL
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 27
IGNYVEZRELT MODELL
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 28
IGNYVEZRELT MODELL
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 29
IGNYVEZRELT MODELL
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 30
IGNYVEZRELT MODELL
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 31
IGNYVEZRELT MODELL
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 32
IGNYVEZRELT MODELL
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 33
IGNYVEZRELT MODELL
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 34
IGNYVEZRELT MODELL
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 35
IGNYVEZRELT MODELL
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 36
IGNYVEZRELT MODELL
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 37
IGNYVEZRELT MODELL
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 38
IGNYVEZRELT MODELL
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 39
IGNYVEZRELT MODELL
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 40
IGNYVEZRELT MODELL
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 41
IGNYVEZRELT MODELL
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 42
IGNYVEZRELT MODELL
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 43
IGNYVEZRELT MODELL
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 44
IGNYVEZRELT MODELL
rtkels Prhuzamossgot automatikusan felderti Tisztn ignyvezrelt szmtgp nem terjedt el De az elv igen:
Funkcionlis programnyelvek Google map-reduce API
MAP mvelet: rszfeladatokra bonts REDUCE mvelet: rszeredmnyek sszegzse Mkds:
Elosztott rendszer sok szmtgppel Rszfeladatokra bont + rszfeladatokat deleglja +
eredmnyeket sszegzi s visszaadja mindezt rekurzvan Ignyvezrelt modell!
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 45
INFORMCIFELDOLGOZSI MODELLEK
sszegzs: CPU-k programozi interfsze vezrlsramlsos E fltt lehet ignyvezrelt elven mkd funkcionlis nyelvet hasznlni,
vagy map-reduce-t Ez alatt lehet adatramlsos utasts-vgrehajtst megvalstani
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 46
INFORMCIFELDOLGOZSI MODELLEK
Fibonacci sorozat 100-adik elemnek kiszmolsa
1=1,2=1,n=n1+ n2 ,
100=?
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 47
INFORMCIFELDOLGOZSI MODELLEK
(f1,f2) (1,1);for i=3 to 100 do (f1,f2) (f2, f1+f2);enderedm f2;
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 48
VEZRLSRAMLSOS MODELLEL
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 49
ADATRAMLSOS MODELLEL
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 50
IGNYVEZRELT MODELLEL
A programot egyetlen sszetett kifejezsknt adjuk meg Legegyszerbb rekurzival:
eredm = fib (1, 1, 3);fib (f1, f2, i) = if i > 100 then f2 else fib (f2, f1+f2, i+1);
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 51
Fbb vezrlsramlsos architektrk
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 52
A NEUMANN ARCHITEKTRA
1945, "First Draft of a Report on the EDVAC" c. tanulmny Els Neumann elv szmtgp: Institute for Advanced Study,
Princeton Egyetem (1945-1951) Igazbl:
Turing 1936 Eckert & Mauchly 1943
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 53
A NEUMANN ARCHITEKTRA
jdonsg:
Az utastsok az adatokkal egytt vannak eltrolva a memriban
Korbban: programozs = kapcsolsor bellts, jrahuzalozs Motivci:
A programot gy knnyebb megvltoztatni(j program az ENIAC-ra = 3 ht munka!!)
Gyorsabban lehet tbb programot egyms utn futtatni Programot generl programot lehet rni
Fordtprogramok szletse
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 54
A NEUMANN ARCHITEKTRA
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 55
A NEUMANN ARCHITEKTRA
Memria tartalma: Fix bitszlessg adategysgek Lehet
Utasts Egsz szm Karakter Lebegpontos
Megklnbztets: NINCS! Attl fgg, milyen utasts nyl hozz
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 56
A NEUMANN ARCHITEKTRA
Szk keresztmetszet: Memria-svszlessg!
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 57
A NEUMANN ARCHITEKTRA
nmdost programok: Memriamveletekkel trjk sajt utastsaikat Pr bjt sprols vs. olvashatatlan kd Soha!
Plda: Fibonacci sorozat N. eleme (lsd: jegyzet)
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 58
A HARVARD ARCHITEKTRA
Harvard Mark I: Lyukkrtyrl olvassa az utastsokat Relkapcsolkbl ll memria trolja az adatokat
Eltrs a Neumann architektrhoz kpest:
Az utastsok s az adatok trolsa fizikailag elklnl egymstl
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 59
A HARVARD ARCHITEKTRA
Klasszikus Harvard architektra: Utastsok: kizrlag az utastsmemriban Adatok: kizrlag az adatmemriban
A ktfle memriamvelet tlapolhat: Amg lehvja az i. utasts operandust Azzal egy idben lehvhatja az i+1. utastst
Mdostott Harvard architektra: Utasts memribl is lehet adatot olvasni
Alkalmazs: Mikrokontrollerek, jelfeldolgoz processzorok (PIC, Atmel, ...)
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 60
Tematika
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 61
TEMATIKA
Informcifeldolgozsi modellek (1. elads) Vezrlsramlsos Adatramlsos Ignyvezrelt
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 62
TEMATIKA
A vezrlsramlsos modell Elads:
Fbb architektrk (pl. Neumann architektra) Utastskszletek
CPUCPU
Perifrik Memria
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 63
TEMATIKA
Perifriakezels Elads
Forgalomszablyozs, CPUtehermentestse, buszok,dli hd szaki hd, stb...
A legfontosabb perifria: HDD/SSD Csatolfelletek: PCI, PCI Express, USB
Gyakorlat Konkrt feladat: szmkdos ajtnyit
Megvalsts alapelemekbl Megvalsts Arduino-val
Egyszer perifriakezels gyakorlsa Perifria okozta terhels szmtsa HDD ksleltets, tviteli sebessg, stb. SSD blokk-kezels, szemtgyjts, stb.
CPUCPU
Perifrik Memria
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 64
TEMATIKA
Memriakezels Elads
Memriatechnolgik:SRAM, DRAM, SDRAM, DDR, DDR2, DDR3, DDR4, GDDR3, GDDR5, stb. memria idztsek
Virtulis trkezels Cache memria Lokalitstudatos programozs
Gyakorlat Numerikus pldk
Memriaparancsok temezse Laptbla menedzsment Cache menedzsment
CPUCPU
Perifrik Memria
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 65
TEMATIKA
CPU Elads
Pipeline utastsfeldolgozs Soron kvli utastsvgrehajts Szuperskalr processzorok Egyb szles pipeline-ok Elgazsbecsls
Gyakorlat Numerikus pldk:
Utaststemezs, egymsrahatsok azonostsa Utastssorrend-optimalizls
CPUCPU
Perifrik Memria
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 66
TEMATIKA
SIMD feldolgozs Elads
Vektorprocesszorok Vektor utastskszletek Vektorizls
Mutiprocesszoros rendszerek Elads
Szorosan csatolt rendszerek, tbbmagos processzorok, tbbszlsgot tmogat processzorok,
Lazn csatolt rendszerek: cluster, grid, sszekttetsek Osztott memriakezels
Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 67
Slide 1A FLIA cmeA FLIA cme hossz is lehet, legfeljebb kt soros leszSlide 4Slide 5Slide 6Slide 7Slide 8Slide 9Slide 10Slide 11Slide 12Slide 13Slide 14Slide 15Slide 16Slide 17Slide 18Slide 19Slide 20Slide 21Slide 22Slide 23Slide 24Slide 25Slide 26Slide 27Slide 28Slide 29Slide 30Slide 31Slide 32Slide 33Slide 34Slide 35Slide 36Slide 37Slide 38Slide 39Slide 40Slide 41Slide 42Slide 43Slide 44Slide 45Slide 46Slide 47Slide 48Slide 49Slide 50Slide 51Slide 52Slide 53Slide 54Slide 55Slide 56Slide 57Slide 58Slide 59Slide 60Slide 61Slide 62Slide 63Slide 64Slide 65Slide 66Slide 67